电磁流量计中的抗工频干扰问题

王珏

摘要：在电磁流量计的测量过中，经常会出现工频问题的出现，进而导致在测量的过程中，无法获得准确的测量结果，进而产生严重的作用。因此，在本文中，对消除电磁流量计信号中的工频干扰问题进行全面综合的分析和探讨。其中，重点是研究在理论基础上分析了各类不同的励磁频率、采样点及宽度对测量精确度影响的分析，从而来可以根据对不同影响因素的分析来得出最终的解决电磁流量计中工频干扰的影响，其中一般是通过对测量精确度和提高以及加宽测量的范围来提升测量的精确度，使得在应用电磁流量计时，可以准确的获得对应的测量结果。

关键词：电力流量计，抗工频干扰，解决措施

1.电磁流量计工频干扰的原因

在电磁流量计的使用过程中，出现的工频干扰噪声最开始是由电磁流量计中的励磁绕组和流体、电极、放大器输入回路等电磁耦合而形成的，再者是因为电磁流量计的工作过程中存在一些工频共模的干扰，进而使得在测量的过程中出现了一系列的工频干扰。第三是由供电电源电源而引入的工频串模干扰等进而使得测量结果出现了误差。虽然三种造成电磁流量计工频干扰的原因是不同的，但是最基础的物理机理是存在相同点，也都是电磁感应的原理而形成的。

2. 电磁流量计中工频干扰影响的分析

在对电磁流量计在测量过程中存在的工频干扰对流量信号的影响分析中，一般是当流体流速的数值较大时，电磁流量计本身中受到的工频干扰就基本可以忽略，但并不是绝对的没有，而是对电磁流量计产生的影响较小。但是如果当电磁流量计中的激励电流在不断的减小时或者是流体流速的数值在不断地减小时，就会使得工频干扰值与反映流速的信号值在某一个数量级的范围内，因而对电磁流量计中的干扰就较为明显。下图中，是小流量、激励电流的数值< 70 mA 时,借助反馈式信号进行放大处理的方法来逐步的放大了104 数量级倍的信号波形。但是在对图片进行分析时可以看出，工频干扰在实际信号中占据的比例数值较大。因而，如果不对该工频干扰进行正确的处理和消除，就会使得电磁流量计测量的结果出现误差，所得到的结果无法使用。

2. 对电磁流量计中工频干扰的因素的分析

在对一些电磁流量计进行信号采样方法的使用过程中，其中在进行信号的处理过程中，关注人员经常会忽视信号的处理过程中出现的问题，而是从其他方面来入手分析。其中，在实际的过程中，采样的宽度、区域以及对程度等数值的选择，都会对电磁流量计的测量结果产生较大的影响。因此，对该问题进行了全面的分析与研究，来进一步的找出解决的方法，下面重点是对励磁频率为工频的两分频和四分频的情况进行分析。

1. 设α、β分别为信号采样起始相位角，而T是对应的采样宽度，ξ是属于电磁流量计中的采样宽度误差。其中，令β=α+ 2π+ Δ(Δ 为采样相位误差) ,则在采样信号中的误差数值是 E =α∫α+ T+ξsin td t - β∫β+ T+ξsin td t = cosα- cos (α+ T + ξ) + cos (β+ T + ξ) - cosβ = cosα- cos (α+ T + ξ) + cos (α+ 2π + Δ + T + ξ)- cos (α+ 2π + Δ) = cosα- cos (α+ T + ξ) + cos (α+ Δ + Τ + ξ) - cos (α+ Δ) = - 4sinΔ/2sinT + ξ/2cos (α+Δ/2+T + ξ/2) 。

但是当采样宽度是t =π/2 时,即α+ T/2 =π/2 ,此时 E = 4sinΔ/2sinT + ξ/2sin( Δ/2+ξ/2) | Δ,ξ →0 = (Δ2 + Δξ) sinT/2+ (Δ2ξ/2+Δξ2/2) costT/2T =π/2 , E =√2/2(Δ2 + Δξ+Δ2ξ/2+Δξ2/2) ,。也就是指出在认可状况下，无论T是何值，都是在类似于二阶无穷小的采样误差，从而使得工频的干扰无法进行消除。

2. 采样频率为工频的四分频是图4 (a) ～ (c)，在图四显示了在不同的采样宽度和起始点的基础上对流量信号的影响。其中，设α,β为信号采样起始相位角,令β=α+ Δ,Δ为相位差;ξ为采样宽度误差;α、β、Δ都很小,可视为无穷小。图4 (a) 的采样宽度为π+ξ,误差为 E =∫π+α+ξαsin td t -∫5π+β+ξ4π+βsin td t = cos (π + β+ ξ) - cos (π + α+ ξ) + cosα- cosβ = cos (π + α+ Δ + ξ) - cos (π + α+ ξ) + cosα- cos (α+ Δ) = 4sinΔ2sin(α+Δ2+ξ2) cosξ2 ≌ (2αΔ + Δ2 + Δξ) cosξ2| ξ →0 ≌ 2αΔ + Δ2 + Δξ 。图4 (b) 的采样宽度也为π+ξ,但是采样起始点向左平移了πP2 ,误差为 E =∫ 3π2+α+ξπ2αsin td t -∫11π2 +β+ξ9π2+βsin td t = sin(β+ ξ) - sin(α+ ξ) + sinβ- sinα = sin(α+ Δ + ξ) - sin(α+ ξ) + sin(α+ Δ) - sinα = 4sinΔ2cos (α+Δ2+ξ2) cosξ2µ 2Δ 。图4 (c) 的采样宽度为2π+ξ,误差为 E =∫ 7π2+α+ξ3π2αsin td t -∫15π2 +β+ξ11π2 +βsin td t = sin(β+ ξ) - sin(α+ ξ) + sinβ- sinα = sin(α+ Δ + ξ) - sin(α+ ξ) + sinα - sin(α+ Δ) = 4sinΔ2sin(α+Δ2+ξ2) sinξ2 ≌ Δαξ+12Δ2ξ+12Δξ2。

在对图四进行分析的过程中，可以看出在不同的采样范围中均会存在一些误差，在不同的采样范围的过程中是有着不同的数值，在 (a)中误差接近于二阶无穷小，而(b)中则是近似于一阶无穷小。在 (c) 近似于三阶无穷小。因而， 采样起始点及宽度的(c) 中，形成的误差E的数值是最小。

4.在对实际信号波形的分析与研究

就对图二中的实际信号波形进行分析的过程中，信噪比大约可以达到50 % 。因此，如果正励磁时间段的采样起始点比负励磁时间段退后1 ms ，相位差就是0. 1π，根据上述的三种采样的范围来进行分析得出，最终的采样误差分别为0. 049、0. 309、0. 000 。但是如果大0. 1π,也就是ξ为0. 1π,同样在三种情况进行采样,最终的采样误差就是0. 024、0.155、0. 155。如果同时考虑上述两种情况(假设条件不变) ,得到的采样误差分别为0. 120、0. 448、0. 139。因此，在采样宽度和起始点位置之间存在误差时，都可以准确的解决对应的工频问题，进而来减少受到的影响。

5.结语

总而言之，在对当前电磁流量计进行测量中受到的工频干扰的分析中，可以看出电磁流量计在进行信号的处理过程中采样的宽度和起始点均会对测量的结果造成影响，因此，就需要科学合理的选择取样的范围，进而来提升电磁流量计的测量准确度，进一步的消除电磁流量计的工频干扰。

6.参考文献

[1]肖鹏;赵霞;;抗干扰技术在智能电磁流量计中的应用[A];上海市化学化工学会2006年度学术年会论文摘要集[C];2006年.

[2]徐辰;电磁流量计低频三值梯形波励磁方法的研究[D];浙江大学;2005年.

[3]曹金亮;多参数电磁流量计及其实现技术的研究[D];上海大学;2007年.